普通錐形油杯沖壓工藝與模具設(shè)計

張艷琴

摘 要：本文以錐形油杯為例，簡要介紹了整個沖壓模具設(shè)計的過程，包括沖壓工藝分析及相關(guān)計算、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、壓力機(jī)選用、模架選用等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：沖壓工藝；結(jié)構(gòu)；模具

1 引言

本次設(shè)計是在原有沖壓件的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行批量生產(chǎn)的一系列設(shè)計和加工制造的全過程。錐形油杯沖壓件的設(shè)計，首先要從沖壓生產(chǎn)工藝上對其進(jìn)行沖壓工藝的分析與計算，然后在分析計算的基礎(chǔ)上并參看相關(guān)的沖壓設(shè)計資料確定沖壓工藝方案，再在此基礎(chǔ)上確定各工序的復(fù)合關(guān)系后，再進(jìn)入沖模各具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在此基礎(chǔ)上對各副沖壓模具的主要零部件進(jìn)行設(shè)計與尺寸計算，期間要參考大量與沖壓相關(guān)的資料和翻閱各種《沖壓手冊》，并通過計算以確定各副模具具體的結(jié)構(gòu)及尺寸，通過不斷的計算與修改才能完成。工件如圖1所示

2 零件的工藝分析及工藝方案的確定

該零件形狀屬旋轉(zhuǎn)體，是無凸緣筒形件，形狀較簡單且對稱。筒形部分由圓筒部分圓錐部分組成。錐形部分的h/d=20/48=0.41在0.3～0.7之間，屬于中等高度的錐形件。且相對高度100t/d0=2，圓角半徑不小，利于成形，可一次拉深成，但應(yīng)采用壓邊圈。零件上尺寸無標(biāo)注公差，可按自由公差處理，拉深件精度等級一般在IT13以下，本設(shè)計中采用IT14級。零件材料為1Cr18Ni9，屬于奧氏體不銹鋼，具有高的塑性，低的屈服點和大的板厚方向性系數(shù)，利于沖壓加工。但隨著拉深的進(jìn)行，材料加工硬化速度快，不適合多次拉深，故中間需要進(jìn)行退火以改善材料的塑性。

該零件要求年產(chǎn)6000件，對沖壓工藝來說屬于小批量生產(chǎn)。對于小批量的沖壓生產(chǎn)，生產(chǎn)效率可以不預(yù)考慮，而降低成本的著眼點則主要放在不變成本上，即可以采用鋼帶沖模、板模橡膠模、組合沖模、低熔點合金模等簡易模具以降低模具制造費用。還可采用單工序分散沖壓和簡易模，盡可能地采用模具標(biāo)準(zhǔn)件，擴(kuò)大模具典型結(jié)構(gòu)，縮短模具制造周期。

3 工藝設(shè)計

3.1 計算毛坯尺寸

計算毛坯尺寸需要先確定翻邊前的半成品尺寸。 ?20處的高度尺寸為 h=64-60+1=5mm，根據(jù)翻邊公式，翻邊的高度h為h=D（1-K）/2+0.43r+0.72t經(jīng)變換后K=1-2（h-0.43r-0.72t）/D=0.63即翻邊出高度h=5mm時，翻邊系數(shù)K=0.63d=13mm；d/t=13，查表當(dāng)采用圓柱形凸模，用沖孔模沖孔時，[K]（極限翻邊系數(shù)）=0.55

3.2 計算拉深次數(shù)

由于該零件不完全是圓筒形狀，還包括高20mm的錐形部分，所以不能籠統(tǒng)的由圓筒形狀來進(jìn)行計算。先估算一下錐形部分的拉深。錐形部分的相對高度H/D=20/42=0.48，其值在0.3～0.7之間，查表知，此錐形屬于中等深度錐形，相對厚度（t/d1）=1.6，可以一次拉成。若按整個是圓筒形，則計算如下：由毛坯相對厚度（t/D）×100=0.88，查表知，此件拉深需使用壓邊圈。再由毛坯相對厚度0.88和工件相對高度h/d=1.3，查表得n=2次（所查的表適用于08、10鋼）。由毛坯相對厚度0.88查表，初定m1=0.53， m2=0.8。則：d1 =m1×d0= 59mm（按中線直徑）d2 = m2×d1=47mm（按中線直徑）第二次即可拉出圓筒的內(nèi)徑?？紤]到第一次和第二次拉深時所用的都不是極限拉深系數(shù)，所查到的表也只適用于08、10鋼，而本工件所用的是1Cr18Ni9，塑性都較前二者的好并且零件錐形部分的高度屬中等，底部圓角半徑也不算小，所以在第二次拉深中將圓筒直徑?48和圓錐部分同時拉成。但在第一次拉深后應(yīng)將工件進(jìn)行退火處理以改善1Cr18Ni9材料的塑性。最后決定采用落料與首次拉深復(fù)合，沖?13底孔與翻邊復(fù)合，其余按基本工序的工藝方案。

4 模具類型及結(jié)構(gòu)形式的選擇

4.1 落料、拉深復(fù)合模

本模具可以完成落料、拉深兩個工序。該模具的工作原理：條料送進(jìn)時，由帶導(dǎo)尺的固定卸料板導(dǎo)向，沖首件時以目測定位，待沖第二個工件時，則用檔料銷定位。模具工作時，用壓力機(jī)的氣墊壓邊，可獲得較大的壓邊力，壓力和行程的大小也容易調(diào)節(jié)，另外，可使模具結(jié)構(gòu)簡單。氣墊壓力是通過托桿傳到壓邊圈上進(jìn)行壓邊的。工件制出后，上模上行，打桿和推件塊起作用，把工件從凸凹模中推出。只有當(dāng)拉深件高度較高時，才有可能采用落料、拉深復(fù)合模，因為淺拉深件若采用復(fù)合模，落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚過薄，強(qiáng)度不足。本設(shè)計中的凸凹模壁厚b=（113-58）/2=27.5mm，能保證足夠強(qiáng)度，故采用復(fù)合模是合理的。

落料、拉深復(fù)合模常采用圖所示的典型結(jié)構(gòu)，即落料采用正裝式，拉深采用倒裝式。模座下的氣墊兼作壓邊和頂件裝置，另外還設(shè)有剛性推件和剛性卸料裝置。該結(jié)構(gòu)可使操作方便，出件暢通無阻，生產(chǎn)效率高。由于該工件的拉深深度較大，所需的卸料力也大，若采用彈性卸料裝置，則需要較多、較長的彈簧或是橡膠，這樣會使得模具結(jié)構(gòu)過分地龐大且固定也較麻煩。而采用剛性卸料裝置的話恰好就可以克服了以上的問題。剛性卸料裝置特別適用于拉深深度較大、料厚不是太薄的情況。對于本設(shè)計恰好適用?？紤]到裝模方便，模具采用后側(cè)布置的導(dǎo)柱導(dǎo)套模架，如圖2所示。

4.2 再次拉深模具的設(shè)計

此副模具主要需要考慮并解決的問題是，再次拉深過程中，毛坯初始位置的定位以及所選壓力機(jī)是否滿足開模的高度（因為此工件的拉深高度相對要深些）。這是一套倒裝式帶壓邊的拉深模。其結(jié)構(gòu)較正裝式的緊湊，因為可以利用下模的彈頂器進(jìn)行壓邊，且壓力和行程都較大。但是為了在拉深過程中控制壓邊間隙，防止壓邊力過大，在固定板上裝有三根可以調(diào)節(jié)的特種螺栓與壓邊圈接觸。壓邊圈在此模具中既起壓邊作用又起初始工件的定位作用。推件采用剛性推件裝置，由于推件塊又是拉深件底部的成形凹模，因此拉深終了，推件上頂面必須與模座下底面剛性接觸。凹模采用硬質(zhì)合金以提高其壽命。

4.3 沖孔、翻邊復(fù)合模具

凸模為長圓柱形，而凸凹模為中間帶孔的圓筒形，在這里可以將凸凹?？闯墒窃S多長圓柱所圍成的。按道理同樣長度的凸凹模和凸模，凸凹模的剛度及強(qiáng)度要較凸模好得多。這樣便可將凸凹模作成鑲塊壓入凹模凹孔內(nèi)，同時也使得凸凹更換起來比較方便，再者也可以節(jié)省貴重金屬的使用。這副模具與上副再次拉深模一樣，同樣需要考慮毛坯沖孔翻邊前的初始定位問題。沖孔前，模具中的壓邊圈先上行一段距離，并于凸凹模處于同一水平線上，這時便可將毛坯放在壓邊圈上。這副模具也再次沿用了再次拉深模中特種螺栓的設(shè)計，此設(shè)計中用了兩個，為的是控制凸模固定板與壓邊圈的間隙，以防止因壓邊力過大而將工件頂端壓皺。壓邊圈與上模固定板為剛性接觸，為的是于沖壓行程臨近終了時，模具可對工件產(chǎn)生剛性錘擊而起到整形作用，故無需另加整形工序。特種螺栓的加入恰好也起到限制整形力過大的作用，如圖4所示。

5 結(jié)束語

該產(chǎn)品受成都洛帶紅光金屬制品廠委托設(shè)計，本次設(shè)計一共設(shè)計了三副模具，前后兩副模具為復(fù)合模，中間一副為單工序模，工序的復(fù)合于分開既提高了零件的質(zhì)量也提高了零件的生產(chǎn)效率。復(fù)合模具在壓力機(jī)的一次行程中，經(jīng)一次送料定位，在模具的同一部位同時完成幾道工序，其沖裁件的相互位置精度高，對條料的定位精度較低。這兩副模具的生產(chǎn)率高，沖壓件精度高，但模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造精度要求高，制造難度大，成本也較高。這種模具適用于生產(chǎn)批量大，精度要求高，內(nèi)外形尺寸差較大的沖裁件。沖孔廢料由凸凹?？紫蛳屡懦共僮鞣奖?。第二副模具是簡單模具，壓力機(jī)一次行程只能完成切邊這一道工序，生產(chǎn)率較低，單簡單模具的通用性好，且結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，價格也相對較低，且將切邊安排在最后一道工序，可以很好的保證工件的形狀和尺寸精度，也時前面的計算與模具設(shè)計簡單化。本次設(shè)計的三副模具都采用手工送料和取件，這主要是考慮到該廠屬于小型企業(yè)，設(shè)備相對較差，且手工送料和取件可以使模具的結(jié)構(gòu)簡單化，成本降低。

參考文獻(xiàn)

[1]王孝培 .沖壓手冊.機(jī)械工業(yè)出社，1995

[2]王孝培 .沖壓設(shè)計資料.機(jī)械工業(yè)出版社，1983

[3]沖模設(shè)計手冊編寫組 .沖模設(shè)計手冊 .機(jī)械工業(yè)出版社，2002